I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 1 | 9 LPG
Imed RADHOUANI 3 Sciences Exp.2
Le 6/11/2019 - 2 heures
Partie chimie (9 points)
Exercice n°2: Classification électrochimique des métaux (3,5 points) On donne la classification électrochimique suivante :
1) On réalise deux expériences :
- Première expérience : Une lame de Zinc est plongée dans une solution de chlorure de nickel (Ni2+ + 2Cl-).
On observe un dépôt de nickel métal sur la lame de zinc.
- Deuxième expérience : On met du nickel métal dans une solution d’acide chlorhydrique.
On obtient un dégagement gazeux de dihydrogène H2.
a) Interpréter chaque expérience en écrivant les équations de demi-réaction d’oxydation et de réduction
puis l’équation bilan de la réaction. A2 – 1
b) Préciser la place du nickel dans la classification donnée. Justifier. A2 – 0,5
2) Une lame d’aluminium, de masse m=2,7g est placée dans une solution bleuâtre de sulfate de cuivre II de volume V=300mL et de concentration C=0,5mol.L-1.
a) Qu’observe t-on ? Justifier. A2 – 0,5
b) Ecrire l’équation bilan de la réaction. A2 – 0,5
c) Calculer la masse du dépôt de cuivre obtenu et la concentration en ions Al3+ à la fin de la réaction. C1 – 1 On donne : Masses molaires atomiques en g.mol-1 : Al(27) et Cu(63,5)
Exercice n°2 : Etude de deux réaction d’oxydoréduction (5,5 points)
1) Réaction 1 : On fait réagir en milieu acide une solution de permanganate de potassium KMnO4 avec une solution de dioxyde de soufre (SO2). Il se forme des ions manganèse (Mn2+) et des ions sulfatent (SO42–).
a) Déterminer les nombres d’oxydation du manganèse (Mn) et du soufre (S) dans les entités chimiques A2 – 1
suivantes : , ; et .
b) En déduire que la réaction observée est une réaction d’oxydoréduction. A2 – 1,5
Indiquer l’oxydant et le réducteur de cette réaction ainsi que les couples redox mis en jeu.
c) Ecrire l’équation formelle de chaque couple et en déduire que l’équation bilan de la réaction A2 – 1
peut s’écrire : + + → + +
DEVOIR DE CONTROLE N°1 DE
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 2 | 9 2) Réaction 2 : On réalise la décomposition du peroxyde de dihydrogène (ou de l’eau oxygénée) H2O2 en présence
d’un fil de platine comme catalyseur. On obtient un dégagement de dioxygène O2 et il reste de l’eau dans le tube.
a) Faire le schéma de Lewis de la molécule de peroxyde de dihydrogène H2O2. A1 – 0,25
En déduire le nombre d’oxydation de l’élément oxygène dans H2O2. A1 – 0,25
b) Ecrire l’équation de la réaction et montrer qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction. A2 – 0,5
c) Préciser les couples redox mis en jeu au cours de cette réaction. A2 – 0,5
d) Quelle particularité présente H2O2 pour cette réaction ? C1 – 0,5
Partie physique (11 points)
Exercice n°1: Interactions électriques (5 points)
1) Spectre électrique : On donne le spectre du champ électrique crée par deux charges ponctuelles Q1 et Q2 :
a) S’agit-il d’un champ uniforme ? Pourquoi ? A1 – 0,5
b) Comparer Q1 et Q2. (valeurs et signes). A1 – 0,5
c) Orienter les lignes de champs. Justifier. (sur la figure de la page4). A1 – 0,5
d) En quel point du spectre le champ résultant est-il nul ? Justifier (sans calcul). A2 – 0,5
2) Interaction électrique : Les deux charges sont placées respectivement en deux points A et B.
a) De quel type d’interaction s’agit-il ? A1 – 0,25
b) Déterminer les caractéristiques de la force électrique exercée entre ces deux charges. A1 – 0,5
On donne : = = + μ = ; = = . . . .
= =
c) Représenter les éléments de cette interaction. Echelle : 1 cm 1N A1 – 0,5
3) Champ résultant :
a) Déterminer les caractéristiques du champ résultant au point M situé sur la médiatrice de [AB], A2 – 0,75
tel que IM=4cm.
b) Représenter-le. Echelle : → − . − A2 – 0,5
c) Montrer que le champ électrique est nul en un point N qu’on déterminera. C1 – 0,5
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 3 | 9 Exercice n°2: Interactions magnétiques (6 points)
1) Un solénoïde S, de centre O et de longueur = , , comportant = spires, est parcouru par un courant électrique d’intensité constante = , .
a) Représenter,sur la figure 1 de la page 5 quelques lignes de champ à l’intérieur du solénoïde et indiquer ses faces nord et sud. De quel type de champ s’agit-il ? Justifier. A1 – 1
b) Déterminer les caractéristiques du vecteur champ magnétique ⃗ créé par le courant au point O centre A2 – 1
du solénoïde S.
2) On place au point O une petite aiguille aimantée mobile autour d’un axe vertical. Le solénoïde est placé de telle manière que son axe soit perpendiculaire au plan méridien magnétique.
Sur la figure 2 de la page 5, on donne une représentation en vue de dessus du solénoïde.
a) Représenter, les vecteurs : A2 – 1
⃗ : composante horizontale du vecteur champ magnétique terrestre ;
⃗ : le vecteur champ magnétique créé par le courant I à l’intérieur du solénoïde en O.
⃗ : le vecteur champ magnétique résultant ainsi que la position finale de l’aiguille aimantée.
On donne : ⃗ = . ; Echelle : → ,
b) Déterminer l’angle que fait l’aiguille aimantée avec l’axe du solénoïde lorsque celle-ci prend une A2 – 1,5
position d’équilibre stable et la valeur du champ magnétique résultant.
3) On superpose avec les champs ⃗ et ⃗ un champ magnétique ⃗ créé par un aimant droit dont l’axe passe par O et fait un angle =60° avec l’axe du solénoïde, le pôle sud de l’aimant se trouve à proximité du solénoïde.
L’axe de l’aiguille aimantée s’oriente alors suivant une direction faisant un angle β=45° avec l’axe sud-nord magnétique. Déterminer la valeur du champ magnétique ⃗ créé par l’aimant. C2 – 1,5
X’ X
NM
SM O
O
X’ X
SM NM
O β
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 4 | 9
A I B
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 5 | 9 Figure 1
Figure 2
Figure 3
X’ X
NM
SM O
O
Face ……... Face …………
X’ X
SM NM
O β
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 6 | 9 LPG DEVOIR DE CONTRÔLE N°1 (CORRECTION) 3sc2-2019
Partie chimie (9 points) Exercice n°2 (3,5 points) 1)a)
b)
- Le zinc a réduit les ions nickel Ni2+ en Ni (ou les ions nickel Ni2+ ont oxydé Zn en Zn2+) : Zn Zn2+ + 2e–
Ni2+ + 2e– Ni Bilan : Zn + Ni2+ Zn2+ + Ni
- Le nickel a été oxydé en Ni2+ par les ions hydronium H3O+ : Ni Ni2+ + 2e–
2H3O++ 2e– H2 +2H2O Bilan : Ni + 2H3O+ H2 + Ni2+ + 2H2O
Le Ni est plus réducteur que H2 et moins réducteur que Zn
0,5
0,5
0,5 2)a)
b) c)
Un dépôt rouge de cuivre sur la lame d’aluminium.
Disparition de la couleur bleuâtre de la solution.
2Al + 3Cu2+ 2 Al 3+ + 3Cu
Le mélange initial est en proportions stœchiométriques : ( )= ,
× = ( )= , × , = ,
( ) = , × , = ,
= ,
, = , .
0,5 0,5
1
Exercice n°2 (5,5 points) 1)
a)
b)
c)
Réaction 1
+ +
+ +
Le nombre d’oxydation de Mn diminue de +VII (dans ) à +II (dans ) et en même temps le nombre d’oxydation de S augmente de +IV (dans ) à +VI (dans ).
L’oxydant : ; le réducteur :
Les couples rédox : / et /
( + + ⇌ + ) ×
( + + ⇌ + ) × (− )
Bilan : + + → + +
Soit : + + → + +
1
0,5
0,5 0,5 1
2) a)
b)
c) d)
Réaction 2
La charge fictive portée par chaque atome d’hydrogène est +1, alors n.o(H) = + I.
La charge fictive portée par chaque atome d’oxygène est –1, alors n.o(O) = - I.
Au cours de la réaction le n.o(O) passe de - I (dans H2O2) à 0 (dans O2) : le n.o augmente : il s’agit d’une oxydation.
Au cours de la même réaction le n.o(O) passe de -I (dans H2O2) à -II (dans H2O) : le n.o diminue : il s’agit d’une réduction.
D’où la réaction de décomposition du peroxyde de dihydrogène est une réaction d’oxydoréduction.
Les couples redox mis en jeu au cours de cette réaction sont H2O2/H2O et O2/ H2O2. H2O2 joue à la fois le rôle d’oxydant et du réducteur.
0,25
0,25
0,5
0,5 0,5
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 7 | 9 Partie physique (12 points)
Exercice n°1 (5 points) 1)a)
b) c) d)
Ce n’est pas un champ uniforme.
Les lignes de champs ne sont pas parallèles.
Le électrique uniforme règne entre deux plaques parallèles portant charges de signes contraires.
- De même signe :Q1.Q2 0 : les lignes de champs sont divergentes.
- | | = | |: le spectre est symétrique.
les lignes de champs sont centrifuges. Car Q1 et Q2 sont positives.
Le champ électrique résultant est nul au point I milieu du segment AB.
L’intensité du champ est proportionnelle à la densité des lignes de champ qui nulle en I.
0,5
0,5 0,5 0,5 2)a)
b)
c)
Interaction répulsive.
⃗ / : (Direction (AB) ; sens : de A vers B ; ⃗ / = .| |.| |= . × ×
( . ) = , )
⃗ / : (Direction (AB) ; sens : de B vers A ; ⃗ / = .| |.| |= . × ×
( . ) = , )
2,5N → 2,5 cm
0,25 0,5
0,5 3)a)
b) c)
⃗ = ⃗ + ⃗
⃗ = ⃗ = .| |.= . ×
( . ) = , . .
⃗ = . ⃗ . ° = × , × , = , . .
, . → 6,2 cm
⃗ = ⃗ + ⃗ = ⃗
⃗ = ⃗
.| |= .| | soit = soit =
0,75
0,5
0,5
A I B
M
60°
⃗
⃗
⃗
⃗ /
⃗ /
30°
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 8 | 9 Exercice n°2 (8,5 points)
1)a)
b)
Les lignes de champ sont parallèles à l’axe du solénoïde.
C’est un champ magnétique uniforme.
Figure 1
⃗ (direction : confondue avec l’axe du solénoïde ; sens :FSFN ; ⃗ = . . = . ×
, × × , = .
1
1
2) ⃗ = . − → (du SM NM)
⃗ = . − →
⃗ = ⃗ + ⃗
= ⃗⃗ = soit = , °
⃗ = ⃗ = ., = , . ou ⃗ = ⃗ = .
−
, = , . −
1
0,75 0,75 O
Face sud Face nord
X’ X
NM
SM O
⃗
⃗
⃗
I m e d R a d h o u a n i 3 s c . E x p - 2 0 1 9 P a g e 9 | 9
3) ⃗ = . − → ; ⃗ = . − →
=
⃗ + ⃗
⃗ + ⃗ =
⃗ + ⃗ = ⃗ + ⃗
⃗ ( − ) = ⃗ − ⃗
⃗ =
⃗ − ⃗
− = . −
, − , = , − .
1,5
⃗
⃗
⃗
X’ X
SM NM
O β
